Ｘ線管の製造方法、及びＸ線管
【課題】制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを高精度に位置決めし、電子を損失することなくターゲットに照射させ、また不要なＸ線の発生を低減する。
【解決手段】位置決め治具１２６によって制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程と、位置決め治具１２６に電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０をそれぞれ固定する工程と、位置決め治具１２６に固定されたターゲットユニット１２０を所定の位置に所定の精度で、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０に対して位置決めする工程と、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット１００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程と、を有する。
【解決手段】位置決め治具１２６によって制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程と、位置決め治具１２６に電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０をそれぞれ固定する工程と、位置決め治具１２６に固定されたターゲットユニット１２０を所定の位置に所定の精度で、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０に対して位置決めする工程と、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット１００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に医療機器及び産業機器分野における診断応用や非破壊Ｘ線撮影等に適用されるＸ線管の製造方法、及びＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に制御電極系を備えたＸ線管は、フィラメント等のカソードから放出された熱電子を制御電極系に導き、電子の軌道を制御し、Ｘ線を発生するターゲットの所望の位置に衝突させることで、Ｘ線を発生させる。発生させたＸ線は、ターゲットを透過し被照射体に照射され、撮影を行う（特許文献１参照）。さらに、上述した基本的な構成の他、Ｘ線を発生させるターゲットの直前に、Ｘ線、反射電子遮蔽構造を設置することで、不要なＸ線、反射電子の遮蔽と、放熱特性の改善が行われている（特許文献２参照）。
【０００３】
上記構成のＸ線管において、遮蔽体に電子を衝突させずに、またそれによる不要なＸ線を発生させずに、所望のターゲット面の位置に電子を衝突させるためには、集束電極系とターゲットとを高精度に位置決めすることが必要になる。すなわち、Ｘ線管の各構成部材の位置決めは、電子が所望の軌道を通ってターゲット面の所望の位置に衝突させるための位置決めである。
【０００４】
通常、制御電極系内において、複数の電極は、電子が通過する電極の開口径の中心が同一軸（開口軸）上に位置するように配置されている。電子の集合体である電子ビームの重心は、上記軸上に沿って移動し、電子ビームが制御電極系から出射される。その後、電子ビームは、ターゲットの直前に配置された遮蔽構造体の開口部の軸（開口軸）上を通ってターゲットに照射される。したがって、制御電極系の開口軸と遮蔽構造体の開口軸とを精度良く位置決めする必要がある。
【０００５】
位置決めする方法には、Ｘ線管の外囲器を基準として、ターゲットと制御電極系とを位置決めする方法（特許文献３参照）、及びレーザー光を用いた位置決め方法が提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４５７２７号公報
【特許文献２】特開２００９−２０５９９２号公報
【特許文献３】特開平７−２９４８７号公報
【特許文献４】特開平７−２９６７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ｘ線管の制御電極系の開口軸と、遮蔽構造体の開口軸とを位置決めする工程では、外囲器を基準として位置決めを行った場合、制御電極系の開口軸と外囲器の軸線（中心軸）との間に複数の組立誤差が含まれてしまう。そのため、制御電極系の開口軸と外囲器の軸線とを必要な位置精度で位置決めすることが困難である。
【０００８】
また同様に、遮蔽構造体の開口軸と外囲器の軸線との間には、複数の組立誤差が含まれる。このため、遮蔽構造体の開口軸と外囲器の軸線とを必要な精度で位置決めすることが困難である。
【０００９】
さらに、外囲器自体が特にガラスによって形成されている場合、外囲器の位置によって軸線の位置がずれることが多く、最終的に制御電極系の開口軸と遮蔽構造体の開口軸とを精度良く位置決めすることが困難である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを高精度に位置決めすることができる、Ｘ線管の製造方法、及びＸ線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係るＸ線管の製造方法は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及びこのターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法である。電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた胴管ユニットを用いる。また、電子銃ユニット及びターゲットユニットに対して着脱可能に設けられた一組の固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の突起部が制御電極の開口に嵌合され、他方の突起部が制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具を用いる。そして、Ｘ線管の製造方法は、位置決め治具の一組の突起部を制御電極の開口及び制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、位置決め治具の一組の固定部に電子銃ユニット及びターゲットユニットをそれぞれ固定する工程と、位置決め治具の固定部に固定された一方のユニットを、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して位置決めする工程と、位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、真空気密接合した後、電子銃ユニット及びターゲットユニットから位置決め治具を取り外す工程と、位置決め基準部によって一方のユニットを胴管ユニットに対して所定の位置に所定の精度内で位置決めして胴管ユニットと一方のユニットとを真空気密接合する工程と、を有する。
【００１２】
また、本発明に係る別のＸ線管の製造方法は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及びこのターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法である。電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた胴管ユニットを用いる。また、一方のユニットに対して着脱可能に設けられた固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の突起部が制御電極の開口に嵌合され、他方の突起部が制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具と、位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットを胴管ユニットに固定するための固定治具とを用いる。そして、Ｘ線管の製造方法は、位置決め治具の一組の突起部を制御電極の開口及び制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、位置決め治具の固定部に一方のユニットを固定する工程と、位置決め治具の固定部に固定された一方のユニットを、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して位置決めする工程と、位置決め治具の突起部が嵌合された他方のユニットを、固定治具によって胴管ユニットに固定する工程と、他方のユニットと胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、真空気密接合した後、電子銃ユニット及びターゲットユニットから位置決め治具を取り外す工程と、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して一方のユニットを位置決めして胴管ユニットと一方のユニットとを真空気密接合する工程と、を有する。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線管は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備える。胴管ユニットは、電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方を所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部を有する。電子銃ユニット及びターゲットユニットのうち、少なくとも前記一方のユニットは、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めするための位置決め治具に対して着脱可能な固定部を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、位置決め治具を用いることで、高精度に位置決めする必要がある制御電極の開口軸と、制限構造体の開口軸とを直接的に位置決めすることが可能になる。このため、各ユニット単体に含まれる寸法精度が組み立て誤差として累積することなく、Ｘ線管を高精度に組み立てることができる。したがって、本発明は、電子を損失することなくターゲットに照射させ、また不要なＸ線の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態及び第１の実施例のＸ線管の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】別の位置決め治具を用いた第２の実施例のＸ線管の製造方法を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施形態について記載されている部材、形状、相対位置等を含むこれらの構成によって本発明はなんら制限を受けない。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のＸ線管は、次の３つのユニットが組み合わされて構成されている。Ｘ線管は、電子を発生させその運動を制御する、すなわち運動方向を揃える制御電極１０２を有する電子銃ユニット１００を備えている。また、Ｘ線管は、電子を衝突させてＸ線を発生させるＸ線放射ターゲット１２２及びこのターゲット１２２の直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体１２１を有するターゲットユニット１２０を備えている。また、Ｘ線管は、電子を所望のエネルギーに加速するための電位及び加速空間を提供する胴管ユニット１１０を備えている。
【００１８】
電子銃ユニット１００は、電子を発生して制御する部材であるカソード１０４と、制御電極１０２は、電流／電圧導入導体１０７に電気的に接続されるとともに、機械的にも支持されている。カソード１０４及び制御電極１０２を更に補強するための構造体が電子銃ユニット１００に追加されても良い。電流／電圧導入導体１０７は、セラミックスを介して電子銃フランジ１０６に固定されている。さらに、電子銃フランジ１０６には、Ｘ線管内の大気を排気するための排気管１０５が接続されている。
【００１９】
胴管ユニット１１０は、電子銃ユニット１００とターゲットユニット１２０との間に配置され、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０と組み合わされて真空外囲器を形成する筒状の絶縁体１１３を含んでいる。
【００２０】
胴管ユニット１１０は、軸線方向の両端に、一組の胴管フランジＡ１１１と胴管フランジＢ１１２が設けられている。胴管フランジＡ１１１及び胴管フランジＢ１１２は、筒状の絶縁体１１３の両端部に真空気密接合１２５されている。絶縁体１１３の材質としては、例えばセラミックス、ガラス等が好適である。絶縁体１１３としてセラミックスを用いる場合、真空気密接合１２５としては銀ロー付けによる接合が好適である。胴管フランジＡ１１１および胴管フランジＢ１１２は、絶縁体１１３と同程度の熱膨張率の金属材で形成されることが好適であり、例えばコバールが好ましい。
【００２１】
そして、胴管ユニット１１０は、胴管フランジＡ１１１，Ｂ１１２のいずれか一方（図１（ａ）に示す構成例では胴管フランジＢ１１２）に、位置決め基準部１１５が設けられている。位置決め基準部１１５は、胴管ユニット１１０からターゲットフランジ１２４を取り外した後、再度設置したときであっても、所望の精度で元の位置に設置できるように構成されている。他方の胴管フランジＡ１１１は、胴管ユニット１１０に対して電子銃フランジ１０６を自由な位置で溶接できるように構成されている。なお、胴管ユニット１１０において、胴管フランジＡ１１１，Ｂ１１２の役割が相互に交換されて構成されても、本実施形態と同じ効果が得られる。
【００２２】
ターゲットユニット１２０は、Ｘ線放射ターゲット１２２として、例えば、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ｂｅ等の内面にW、Ｃｕ、Ｔａ、Ｐｔ等の金属材が塗布されたものを用いる。制限構造体１２１は、例えばＷ、Ｃｕ、Ｔａ、等の金属材で形成されており、Ｘ線放射ターゲット１２２で反対側（内側）に放射される不要なＸ線を吸収する。したがって、電子が通過する制限構造体１２１の開口１２３が狭ければ狭いほど、不要なＸ線を吸収する効果が高くなるが、位置決めの精度が厳しくなる。ターゲットフランジ１２４は、制限構造体１２１と真空気密接合されており、胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５の内側に挿入されて設けられている。
【００２３】
以下、上述した３つのユニット１００、１１０、１２０を組み合わせて、Ｘ線管を製造する本実施形態の製造方法について説明する。
【００２４】
本実施形態のＸ線管の製造方法は、ターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して、常に所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部１１５が設けられた胴管ユニット１１０を用いる。ターゲットユニット１２０の軸線、すなわち制限構造体１２１の開口１２３の軸（開口軸）は、位置決め基準部１１５によって、胴管ユニット１１０の軸線（中心軸）に対して位置決めされる。また、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０に対して着脱可能に設けられた一組の固定部Ａ１１６及び固定部Ｂ１１４と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９と、を有する位置決め治具１２６を用いる。位置決め治具１２６は、一方の突起部Ａ１２８が制御電極１０２の開口１０３に嵌合され、他方の突起部Ｂ１２９が制限構造体１２１の開口１２３に嵌合される。
【００２５】
そして、Ｘ線管の製造方法は、制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程を有する。この工程では、位置決め治具１２６の一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９を制御電極１０２の開口１０３及び制限構造体１２１の開口１２３にそれぞれ挿入することによって位置決めを行う。また、この製造方法は、位置決め治具１２６の一組の固定部Ａ１１６及び固定部Ｂ１１４に電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０をそれぞれ固定する工程を有する。また、この製造方法は、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４に固定されたターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決め基準部１１５によって常に所定の位置に所定の精度内で位置決めする工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット１００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程を有する。また、この製造方法は、真空気密接合した後、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０から位置決め治具１２６を取り外す工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０の軸線に対してターゲットユニット１２０の軸線を位置決めして胴管ユニット１１０とターゲットユニット１２０とを真空気密接合する工程を有する。
【００２６】
まず、位置決め治具１２６の突起部Ｂ１２９を、ターゲットユニット１２０の制限構造体１２１の開口１２３に挿入して嵌合させる。また、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４を、ターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４に例えば図１に示すようなボルト等の締結部材を用いて固定する。次に、位置決め治具１２６が固定されたターゲットユニット１２０と、電子銃ユニット１００を、胴管ユニット１１０の内部に挿入する。
【００２７】
このとき、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４に固定されたターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４を胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５に嵌合させる。これによって、ターゲットユニット１２０の制限構造体１２１の開口１２３の軸（開口軸）は、位置決め基準部１１５によって、所定の位置に位置決めされる。
【００２８】
次に、位置決め治具１２６の突起部Ａ１２８を、電子銃ユニット１００の制御電極１０２の開口１０３に挿入して嵌合させるとともに、位置決め治具１２６の固定部Ａ１１６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１に嵌合させて固定する。この固定構造の一例としては、鍵構造に形成された固定部Ａ１１６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１に嵌合させた状態で軸回りに回転させることで、一時的に固定する構造が挙げられる。
【００２９】
続いて、ターゲットユニット１２０を、胴管ユニット１１０の胴管フランジＢ１１２の外側に向かって移動させることで、電子銃ユニット１００の電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に当接させる。この状態で、電子銃フランジ１０６と胴管フランジＡ１１１とを溶接して溶接部１０９を形成し、真空気密接合を行う。この溶接を行う代わりに、例えばローまたははんだ付け等の他の真空気密接合も可能であり、接合方法によって本発明は制限されない。しかし、カソード１０４として含浸型を用いる場合には、大気中での加熱を数十度以下にする必要があるので、溶接が好適である。溶接の方法としては、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接が可能である。しかし、溶接部１０９の近傍には銀ロー付け等の真空気密接合部が位置しており、高温に加熱することができないので、局所的な加熱が可能なレーザービーム溶接が好適である。
【００３０】
次に、ターゲットユニット１２０に取り付けられた位置決め治具１２６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１から取り外す。続いて、位置決め治具１２６をターゲットユニット１２０から取り外した後、ターゲットユニット１２０を、胴管フランジＢ１１２の位置決め基準部１１５に沿って挿入する。これによって、ターゲットユニット１２０は再び電子銃フランジ１０６を溶接した時と同じ位置に設置することができる。そして、ターゲットフランジ１２４と胴管フランジＢ１１２とを溶接することで溶接部１１９を形成し、接合する。この接合の場合も、局所的に加熱ができるレーザービーム溶接が好適である。その後、電子銃ユニット１００の排気管１０５から真空排気を行い、ベーキング、ゲッタの活性化を行うことで、Ｘ線管を完成させる。
【００３１】
上述したＸ線管の製造方法における、制御電極１０２の開口１０３と、制限構造体１２１の開口１２３との位置決め精度は、以下の（１）〜（７）の各精度が積み上げられたものである。
（１）制限構造体１２１の加工精度
（２）突起部Ｂ１２９の加工精度
（３）突起部Ａ１２８と突起部Ｂ１２９の同軸精度
（４）突起部Ａ１２８の加工精度
（５）制御電極１０２の開口１０３の加工精度
（６）位置決め基準部１１５の加工精度
（７）ターゲットフランジ１２４の加工精度
これら（１）〜（７）のほとんどが機械加工精度であり、０．０１５ｍｍ以内の寸法精度が期待できるので、加工精度を積み上げた精度も所望の精度を達成可能である。
【００３２】
本実施形態のＸ線管の製造方法によれば、制御電極１０２の開口１０３の軸と、制限構造体１２１の開口１２３の軸とを、位置決め治具１２６を用いて直接的に位置決めすることで、高精度に位置決めすることができる。このため、各ユニット１００、１１０、１２０単体に含まれる寸法精度が組み立て精度として累積されることなく、Ｘ線管を高精度に組み立てることができる。したがって、本発明は、電子を損失することなくターゲットに照射させ、また不要なＸ線の発生を低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態の製造方法によれば、真空気密接合を溶接によって行うことで、熱歪の発生を抑えることができる。また、本実施形態の製造方法によれば、大気中で高温耐性が乏しい含浸型カソードを有する電子銃ユニットを用いて、Ｘ線管を製造することが可能になる。
【００３４】
なお、本実施形態では、位置決め基準部１１５によってターゲットユニット１２０の軸線が胴管ユニット１１０の軸線に対して位置決めされたが、胴管ユニット１１０の軸線と電子銃ユニット１００またはターゲットユニット１２０の軸線は一致させる必要はない。位置決め基準部１１５によってターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４が位置決めされたときに、常に所定の位置に所定の精度内で位置決めできれば良い。つまり、位置決めされたターゲットユニット１２０の位置が基準となり、電子はその軸上を運動するようにからである。その軸は、胴管ユニット１１０の軸線と異なるが、そのずれの分だけ胴管ユニット１１０の軸線を移動させて取り付ければよい。
【００３５】
（第１の実施例）
図１に示した構成のＸ線管を上述した製造方法で製造した。電子銃ユニット１００において、制御電極１０２の開口径がφ２ｍｍ、開口径の加工精度が＋０．０１５ｍｍ〜０．０ｍｍであり、電子銃フランジ１０６がコバール製であった。固定部１０１として、制御電極１０２の外周上に嵌合溝が設けられており、嵌合溝の一部が外部に開放された構造を形成した。
【００３６】
胴管ユニット１１０において、胴管フランジＡ１１１、胴管フランジＢ１１２がコバール製であり、絶縁体１１３がアルミナセラミックスからなり、これら胴管フランジＡ１１１、Ｂ１１２と絶縁体１１３とを予め銀ロー付けによって真空気密接合した。
【００３７】
ターゲットユニット１２０において、Ｘ線放射ターゲット１２２は、内側にタングステン膜が塗布されたダイヤモンド基板を用いて、銀ロー付けによって制限構造体１２１に真空気密接合されている。さらに、制限構造体１２１は、コバール製のターゲットフランジ１２４に銀ロー付けによって真空気密接合されている。制限構造体１２１の開口は、φ２ｍｍであり、その加工精度が＋０．０１５ｍｍ〜０．０ｍｍである。ターゲットフランジ１２４には、位置決め治具１２６を固定するために、直径２ｍｍのねじ穴を形成した。
【００３８】
位置決め治具１２６は、同一軸線上の両端にφ２ｍｍで、その加工精度が−０．００５ｍｍ〜−０．０２ｍｍに形成された一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９を有しており、２つの突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９の同軸度が±０．０１ｍｍであった。さらに、位置決め治具１２６は、固定部Ａ１１６として引っ掛けフックが設けられている。位置決め基準部１１５の内径がφ３６ｍｍ、内径の精度が＋０．０１５ｍｍ〜−０．０ｍｍとし、ターゲットフランジ１２４の外径がφ３６ｍｍ、外径の精度が−０．００５ｍｍ〜−０．０２ｍｍとし、良好な再現性を図った。
【００３９】
上記構成において、ターゲットフランジ１２４に位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４を取り付け、位置決め治具１２６が取り付けられたターゲットフランジ１２４を、胴管ユニット１１０に対して胴管フランジＢ１１２側から挿入した。また、電子銃ユニット１００を、胴管ユニット１１０の内部に対して胴管フランジＡ１１１側から挿入した。続いて、位置決め治具１２６の突起部Ａ１２８を、制御電極１０２の開口１０３に嵌合させるとともに、位置決め治具１２６の固定部Ａ１１６と、電子銃ユニット１００の固定部１０１とを嵌合させて固定した。そして、ターゲットフランジ１２４を胴管フランジＢ１１２側に向かって多少引っ張ることで、電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に当接させ固定する。そして、これら電子銃フランジ１０６と胴管フランジＢ１１２とをレーザービーム溶接することで溶接部１０９を形成した。
【００４０】
次に、電子銃ユニット１００から位置決め治具１２６を取り外すとともに、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４からターゲットユニット１２０を取り外す。その後、再びターゲットユニット１２０を、胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５に沿って挿入し、レーザービーム溶接によって溶接部１１９を形成した。
【００４１】
制限構造体１２１各ユニット１００、１１０、１２０の精度を積算した結果は、０．１１５ｍｍであり、目標とする電子の広がり（１ｍｍ）の１５％、すなわち±０．１５ｍｍ以下を実現し、目標を達成することができた。また、本実施例は、特に高精度な測定を行いながら製造する必要がなく、容易に精密な位置決め精度でＸ線管を製造することができた。最後に、このＸ線管に必要な電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであり、焦点の位置も中心から±０．１２ｍｍ以内であった。また、不要なＸ線の量についても、同一のターゲット電流を用いたときに、作製した複数のＸ線管でばらつきがなく、電子が制限構造体１２１に衝突していなかった。
【００４２】
（比較例）
比較例として、図１に示した位置決め治具１２６を用いずに絶縁体１１３の中心軸を基準としてＸ線管の組み立てを行った。絶縁体１１３の中心軸の軸精度は±０．０２ｍｍであった。電子銃ユニット１００を取り付け後の開口１０３の絶縁体１１３の中心軸に対する精度は０．３mm、一方、ターゲットユニット１２０が真空気密接合された制限構造体１２１の開口１２３の絶縁体１１３の中心軸に対する精度は０．１mmとなった。最終的に開口１０３と開口１２３の同軸精度は０．４２ｍｍとなり、必要とされている±０．１ｍｍの精度が得られなかった。
【００４３】
このＸ線管に必要な電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであったが、焦点の位置も中心から±０．４２ｍｍ程度であった。また、不要なＸ線の量は、本発明の製造方法で製造されたＸ線管に比べ、同一のターゲット電流を用いたときに数倍程度に達し、電子と制限構造体１２１との衝突が推定された。
【００４４】
（第２の実施例）
第２の実施例として、図２に示すように、電子銃ユニット２００が固定される固定部を有していない位置決め治具２２６と、胴管ユニット１１０の外部を基準として電子銃ユニット１００を位置決めして固定する外部固定治具１３０とを用いる変形例を説明する。
【００４５】
まず、第２の実施例に対応する本実施形態の製造方法は、ターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決めするための位置決め基準部１１５が設けられた胴管ユニット１１０を用いる。また、ターゲットユニット１２０に対して着脱可能に設けられた固定部２１４と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部Ａ２２８及び突起部Ｂ２２９と、を有する位置決め治具２２６を用いる。この位置決め治具２２６は、一方の突起部Ａ２２８が制御電極１０２の開口１０３に嵌合され、他方の突起部Ｂ２２９が制限構造体１２１の開口１２３に嵌合される。さらに、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット２００を胴管ユニット１１０に固定するための外部固定治具１３０を用いる。この製造方法は、制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程を有する。この工程では、位置決め治具２２６の一組の突起部Ａ２２８及び突起部Ｂ２２９を制御電極１０２の開口１０３及び制限構造体１２１の開口１２３にそれぞれ挿入することによって位置決めを行う。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の固定部２１４にターゲットユニット１２０を固定する工程と、を有する。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の固定部２１４に固定されたターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決め基準部１１５によって常に所定の位置に所定の精度内で位置決めする工程を有する。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の突起部Ａ２２８が嵌合された電子銃ユニット２００を、外部固定治具１３０によって胴管ユニット１１０に固定する工程と、電子銃ユニット２００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程と、を有する。また、この製造方法は、真空気密接合した後、電子銃ユニット２００及びターゲットユニット１２０から位置決め治具２２６を取り外す工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０の軸線に対してターゲットユニット１２０の軸線を位置決めして胴管ユニット１１０とターゲットユニット１２０とを真空気密接合する工程と、を有する。
【００４６】
そして、上述した第１の実施例と同一のターゲットユニット１２０と、位置決め治具２２６に固定するための固定部を有していない電子銃ユニット２００を用意した。
【００４７】
図２に示すように、位置決め治具２２６の固定部２１４を、ターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４に固定する。次に、胴管ユニット１１０の内部に、位置決め治具２２６が固定されたターゲットユニット１２０と、電子銃ユニット２００を挿入し、位置決め治具２２６の突起部Ａ２２８を制御電極１０２の開口１０３に嵌合させる。その状態で外部固定治具１３０によって電子銃ユニット２００を胴管フランジＡ１１１にボルト等で固定し、電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に溶接することで溶接部１０９を形成し、真空気密接合した。
【００４８】
その後の工程は、第１の実施例と同じ工程を行って、Ｘ線管を製造した。最後に、このＸ線管に電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであり、焦点の位置も中心から±０．１４ｍｍ以内であった。また、不要なＸ線の量についても、同一のターゲット電流を用いたときに、作製した複数のＸ線管でばらつきがなく、電子が制限構造体１２１に衝突していなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 電子銃ユニット
１０１ 固定部Ａ
１０２ 制御電極
１０３ 開口
１１０ 胴管ユニット
１１１ 胴管フランジＡ
１１２ 胴管フランジＢ
１１３ 絶縁体
１１４ 固定部Ｂ
１１５ 位置決め基準部
１１６ 固定部Ａ
１２０ ターゲットユニット
１２１ 制限構造体
１２２ Ｘ線放射ターゲット
１２３ 開口
１２５ 真空気密接合
１２６ 位置決め治具
１２８ 突起部Ａ
１２９ 突起部Ｂ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に医療機器及び産業機器分野における診断応用や非破壊Ｘ線撮影等に適用されるＸ線管の製造方法、及びＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に制御電極系を備えたＸ線管は、フィラメント等のカソードから放出された熱電子を制御電極系に導き、電子の軌道を制御し、Ｘ線を発生するターゲットの所望の位置に衝突させることで、Ｘ線を発生させる。発生させたＸ線は、ターゲットを透過し被照射体に照射され、撮影を行う（特許文献１参照）。さらに、上述した基本的な構成の他、Ｘ線を発生させるターゲットの直前に、Ｘ線、反射電子遮蔽構造を設置することで、不要なＸ線、反射電子の遮蔽と、放熱特性の改善が行われている（特許文献２参照）。
【０００３】
上記構成のＸ線管において、遮蔽体に電子を衝突させずに、またそれによる不要なＸ線を発生させずに、所望のターゲット面の位置に電子を衝突させるためには、集束電極系とターゲットとを高精度に位置決めすることが必要になる。すなわち、Ｘ線管の各構成部材の位置決めは、電子が所望の軌道を通ってターゲット面の所望の位置に衝突させるための位置決めである。
【０００４】
通常、制御電極系内において、複数の電極は、電子が通過する電極の開口径の中心が同一軸（開口軸）上に位置するように配置されている。電子の集合体である電子ビームの重心は、上記軸上に沿って移動し、電子ビームが制御電極系から出射される。その後、電子ビームは、ターゲットの直前に配置された遮蔽構造体の開口部の軸（開口軸）上を通ってターゲットに照射される。したがって、制御電極系の開口軸と遮蔽構造体の開口軸とを精度良く位置決めする必要がある。
【０００５】
位置決めする方法には、Ｘ線管の外囲器を基準として、ターゲットと制御電極系とを位置決めする方法（特許文献３参照）、及びレーザー光を用いた位置決め方法が提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４５７２７号公報
【特許文献２】特開２００９−２０５９９２号公報
【特許文献３】特開平７−２９４８７号公報
【特許文献４】特開平７−２９６７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ｘ線管の制御電極系の開口軸と、遮蔽構造体の開口軸とを位置決めする工程では、外囲器を基準として位置決めを行った場合、制御電極系の開口軸と外囲器の軸線（中心軸）との間に複数の組立誤差が含まれてしまう。そのため、制御電極系の開口軸と外囲器の軸線とを必要な位置精度で位置決めすることが困難である。
【０００８】
また同様に、遮蔽構造体の開口軸と外囲器の軸線との間には、複数の組立誤差が含まれる。このため、遮蔽構造体の開口軸と外囲器の軸線とを必要な精度で位置決めすることが困難である。
【０００９】
さらに、外囲器自体が特にガラスによって形成されている場合、外囲器の位置によって軸線の位置がずれることが多く、最終的に制御電極系の開口軸と遮蔽構造体の開口軸とを精度良く位置決めすることが困難である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを高精度に位置決めすることができる、Ｘ線管の製造方法、及びＸ線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係るＸ線管の製造方法は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及びこのターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法である。電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた胴管ユニットを用いる。また、電子銃ユニット及びターゲットユニットに対して着脱可能に設けられた一組の固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の突起部が制御電極の開口に嵌合され、他方の突起部が制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具を用いる。そして、Ｘ線管の製造方法は、位置決め治具の一組の突起部を制御電極の開口及び制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、位置決め治具の一組の固定部に電子銃ユニット及びターゲットユニットをそれぞれ固定する工程と、位置決め治具の固定部に固定された一方のユニットを、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して位置決めする工程と、位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、真空気密接合した後、電子銃ユニット及びターゲットユニットから位置決め治具を取り外す工程と、位置決め基準部によって一方のユニットを胴管ユニットに対して所定の位置に所定の精度内で位置決めして胴管ユニットと一方のユニットとを真空気密接合する工程と、を有する。
【００１２】
また、本発明に係る別のＸ線管の製造方法は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及びこのターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法である。電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた胴管ユニットを用いる。また、一方のユニットに対して着脱可能に設けられた固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の突起部が制御電極の開口に嵌合され、他方の突起部が制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具と、位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットを胴管ユニットに固定するための固定治具とを用いる。そして、Ｘ線管の製造方法は、位置決め治具の一組の突起部を制御電極の開口及び制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、位置決め治具の固定部に一方のユニットを固定する工程と、位置決め治具の固定部に固定された一方のユニットを、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して位置決めする工程と、位置決め治具の突起部が嵌合された他方のユニットを、固定治具によって胴管ユニットに固定する工程と、他方のユニットと胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、真空気密接合した後、電子銃ユニット及びターゲットユニットから位置決め治具を取り外す工程と、位置決め基準部によって胴管ユニットに対して一方のユニットを位置決めして胴管ユニットと一方のユニットとを真空気密接合する工程と、を有する。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線管は、電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、電子銃ユニットとターゲットユニットとの間に配置され、電子銃ユニット及びターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備える。胴管ユニットは、電子銃ユニット及びターゲットユニットのいずれか一方を所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部を有する。電子銃ユニット及びターゲットユニットのうち、少なくとも前記一方のユニットは、制御電極の開口軸と制限構造体の開口軸とを位置決めするための位置決め治具に対して着脱可能な固定部を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、位置決め治具を用いることで、高精度に位置決めする必要がある制御電極の開口軸と、制限構造体の開口軸とを直接的に位置決めすることが可能になる。このため、各ユニット単体に含まれる寸法精度が組み立て誤差として累積することなく、Ｘ線管を高精度に組み立てることができる。したがって、本発明は、電子を損失することなくターゲットに照射させ、また不要なＸ線の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態及び第１の実施例のＸ線管の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】別の位置決め治具を用いた第２の実施例のＸ線管の製造方法を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施形態について記載されている部材、形状、相対位置等を含むこれらの構成によって本発明はなんら制限を受けない。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のＸ線管は、次の３つのユニットが組み合わされて構成されている。Ｘ線管は、電子を発生させその運動を制御する、すなわち運動方向を揃える制御電極１０２を有する電子銃ユニット１００を備えている。また、Ｘ線管は、電子を衝突させてＸ線を発生させるＸ線放射ターゲット１２２及びこのターゲット１２２の直前に配置され電子の運動を制限する制限構造体１２１を有するターゲットユニット１２０を備えている。また、Ｘ線管は、電子を所望のエネルギーに加速するための電位及び加速空間を提供する胴管ユニット１１０を備えている。
【００１８】
電子銃ユニット１００は、電子を発生して制御する部材であるカソード１０４と、制御電極１０２は、電流／電圧導入導体１０７に電気的に接続されるとともに、機械的にも支持されている。カソード１０４及び制御電極１０２を更に補強するための構造体が電子銃ユニット１００に追加されても良い。電流／電圧導入導体１０７は、セラミックスを介して電子銃フランジ１０６に固定されている。さらに、電子銃フランジ１０６には、Ｘ線管内の大気を排気するための排気管１０５が接続されている。
【００１９】
胴管ユニット１１０は、電子銃ユニット１００とターゲットユニット１２０との間に配置され、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０と組み合わされて真空外囲器を形成する筒状の絶縁体１１３を含んでいる。
【００２０】
胴管ユニット１１０は、軸線方向の両端に、一組の胴管フランジＡ１１１と胴管フランジＢ１１２が設けられている。胴管フランジＡ１１１及び胴管フランジＢ１１２は、筒状の絶縁体１１３の両端部に真空気密接合１２５されている。絶縁体１１３の材質としては、例えばセラミックス、ガラス等が好適である。絶縁体１１３としてセラミックスを用いる場合、真空気密接合１２５としては銀ロー付けによる接合が好適である。胴管フランジＡ１１１および胴管フランジＢ１１２は、絶縁体１１３と同程度の熱膨張率の金属材で形成されることが好適であり、例えばコバールが好ましい。
【００２１】
そして、胴管ユニット１１０は、胴管フランジＡ１１１，Ｂ１１２のいずれか一方（図１（ａ）に示す構成例では胴管フランジＢ１１２）に、位置決め基準部１１５が設けられている。位置決め基準部１１５は、胴管ユニット１１０からターゲットフランジ１２４を取り外した後、再度設置したときであっても、所望の精度で元の位置に設置できるように構成されている。他方の胴管フランジＡ１１１は、胴管ユニット１１０に対して電子銃フランジ１０６を自由な位置で溶接できるように構成されている。なお、胴管ユニット１１０において、胴管フランジＡ１１１，Ｂ１１２の役割が相互に交換されて構成されても、本実施形態と同じ効果が得られる。
【００２２】
ターゲットユニット１２０は、Ｘ線放射ターゲット１２２として、例えば、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ｂｅ等の内面にW、Ｃｕ、Ｔａ、Ｐｔ等の金属材が塗布されたものを用いる。制限構造体１２１は、例えばＷ、Ｃｕ、Ｔａ、等の金属材で形成されており、Ｘ線放射ターゲット１２２で反対側（内側）に放射される不要なＸ線を吸収する。したがって、電子が通過する制限構造体１２１の開口１２３が狭ければ狭いほど、不要なＸ線を吸収する効果が高くなるが、位置決めの精度が厳しくなる。ターゲットフランジ１２４は、制限構造体１２１と真空気密接合されており、胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５の内側に挿入されて設けられている。
【００２３】
以下、上述した３つのユニット１００、１１０、１２０を組み合わせて、Ｘ線管を製造する本実施形態の製造方法について説明する。
【００２４】
本実施形態のＸ線管の製造方法は、ターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して、常に所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部１１５が設けられた胴管ユニット１１０を用いる。ターゲットユニット１２０の軸線、すなわち制限構造体１２１の開口１２３の軸（開口軸）は、位置決め基準部１１５によって、胴管ユニット１１０の軸線（中心軸）に対して位置決めされる。また、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０に対して着脱可能に設けられた一組の固定部Ａ１１６及び固定部Ｂ１１４と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９と、を有する位置決め治具１２６を用いる。位置決め治具１２６は、一方の突起部Ａ１２８が制御電極１０２の開口１０３に嵌合され、他方の突起部Ｂ１２９が制限構造体１２１の開口１２３に嵌合される。
【００２５】
そして、Ｘ線管の製造方法は、制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程を有する。この工程では、位置決め治具１２６の一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９を制御電極１０２の開口１０３及び制限構造体１２１の開口１２３にそれぞれ挿入することによって位置決めを行う。また、この製造方法は、位置決め治具１２６の一組の固定部Ａ１１６及び固定部Ｂ１１４に電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０をそれぞれ固定する工程を有する。また、この製造方法は、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４に固定されたターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決め基準部１１５によって常に所定の位置に所定の精度内で位置決めする工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット１００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程を有する。また、この製造方法は、真空気密接合した後、電子銃ユニット１００及びターゲットユニット１２０から位置決め治具１２６を取り外す工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０の軸線に対してターゲットユニット１２０の軸線を位置決めして胴管ユニット１１０とターゲットユニット１２０とを真空気密接合する工程を有する。
【００２６】
まず、位置決め治具１２６の突起部Ｂ１２９を、ターゲットユニット１２０の制限構造体１２１の開口１２３に挿入して嵌合させる。また、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４を、ターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４に例えば図１に示すようなボルト等の締結部材を用いて固定する。次に、位置決め治具１２６が固定されたターゲットユニット１２０と、電子銃ユニット１００を、胴管ユニット１１０の内部に挿入する。
【００２７】
このとき、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４に固定されたターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４を胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５に嵌合させる。これによって、ターゲットユニット１２０の制限構造体１２１の開口１２３の軸（開口軸）は、位置決め基準部１１５によって、所定の位置に位置決めされる。
【００２８】
次に、位置決め治具１２６の突起部Ａ１２８を、電子銃ユニット１００の制御電極１０２の開口１０３に挿入して嵌合させるとともに、位置決め治具１２６の固定部Ａ１１６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１に嵌合させて固定する。この固定構造の一例としては、鍵構造に形成された固定部Ａ１１６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１に嵌合させた状態で軸回りに回転させることで、一時的に固定する構造が挙げられる。
【００２９】
続いて、ターゲットユニット１２０を、胴管ユニット１１０の胴管フランジＢ１１２の外側に向かって移動させることで、電子銃ユニット１００の電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に当接させる。この状態で、電子銃フランジ１０６と胴管フランジＡ１１１とを溶接して溶接部１０９を形成し、真空気密接合を行う。この溶接を行う代わりに、例えばローまたははんだ付け等の他の真空気密接合も可能であり、接合方法によって本発明は制限されない。しかし、カソード１０４として含浸型を用いる場合には、大気中での加熱を数十度以下にする必要があるので、溶接が好適である。溶接の方法としては、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接が可能である。しかし、溶接部１０９の近傍には銀ロー付け等の真空気密接合部が位置しており、高温に加熱することができないので、局所的な加熱が可能なレーザービーム溶接が好適である。
【００３０】
次に、ターゲットユニット１２０に取り付けられた位置決め治具１２６を、電子銃ユニット１００の固定部１０１から取り外す。続いて、位置決め治具１２６をターゲットユニット１２０から取り外した後、ターゲットユニット１２０を、胴管フランジＢ１１２の位置決め基準部１１５に沿って挿入する。これによって、ターゲットユニット１２０は再び電子銃フランジ１０６を溶接した時と同じ位置に設置することができる。そして、ターゲットフランジ１２４と胴管フランジＢ１１２とを溶接することで溶接部１１９を形成し、接合する。この接合の場合も、局所的に加熱ができるレーザービーム溶接が好適である。その後、電子銃ユニット１００の排気管１０５から真空排気を行い、ベーキング、ゲッタの活性化を行うことで、Ｘ線管を完成させる。
【００３１】
上述したＸ線管の製造方法における、制御電極１０２の開口１０３と、制限構造体１２１の開口１２３との位置決め精度は、以下の（１）〜（７）の各精度が積み上げられたものである。
（１）制限構造体１２１の加工精度
（２）突起部Ｂ１２９の加工精度
（３）突起部Ａ１２８と突起部Ｂ１２９の同軸精度
（４）突起部Ａ１２８の加工精度
（５）制御電極１０２の開口１０３の加工精度
（６）位置決め基準部１１５の加工精度
（７）ターゲットフランジ１２４の加工精度
これら（１）〜（７）のほとんどが機械加工精度であり、０．０１５ｍｍ以内の寸法精度が期待できるので、加工精度を積み上げた精度も所望の精度を達成可能である。
【００３２】
本実施形態のＸ線管の製造方法によれば、制御電極１０２の開口１０３の軸と、制限構造体１２１の開口１２３の軸とを、位置決め治具１２６を用いて直接的に位置決めすることで、高精度に位置決めすることができる。このため、各ユニット１００、１１０、１２０単体に含まれる寸法精度が組み立て精度として累積されることなく、Ｘ線管を高精度に組み立てることができる。したがって、本発明は、電子を損失することなくターゲットに照射させ、また不要なＸ線の発生を低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態の製造方法によれば、真空気密接合を溶接によって行うことで、熱歪の発生を抑えることができる。また、本実施形態の製造方法によれば、大気中で高温耐性が乏しい含浸型カソードを有する電子銃ユニットを用いて、Ｘ線管を製造することが可能になる。
【００３４】
なお、本実施形態では、位置決め基準部１１５によってターゲットユニット１２０の軸線が胴管ユニット１１０の軸線に対して位置決めされたが、胴管ユニット１１０の軸線と電子銃ユニット１００またはターゲットユニット１２０の軸線は一致させる必要はない。位置決め基準部１１５によってターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４が位置決めされたときに、常に所定の位置に所定の精度内で位置決めできれば良い。つまり、位置決めされたターゲットユニット１２０の位置が基準となり、電子はその軸上を運動するようにからである。その軸は、胴管ユニット１１０の軸線と異なるが、そのずれの分だけ胴管ユニット１１０の軸線を移動させて取り付ければよい。
【００３５】
（第１の実施例）
図１に示した構成のＸ線管を上述した製造方法で製造した。電子銃ユニット１００において、制御電極１０２の開口径がφ２ｍｍ、開口径の加工精度が＋０．０１５ｍｍ〜０．０ｍｍであり、電子銃フランジ１０６がコバール製であった。固定部１０１として、制御電極１０２の外周上に嵌合溝が設けられており、嵌合溝の一部が外部に開放された構造を形成した。
【００３６】
胴管ユニット１１０において、胴管フランジＡ１１１、胴管フランジＢ１１２がコバール製であり、絶縁体１１３がアルミナセラミックスからなり、これら胴管フランジＡ１１１、Ｂ１１２と絶縁体１１３とを予め銀ロー付けによって真空気密接合した。
【００３７】
ターゲットユニット１２０において、Ｘ線放射ターゲット１２２は、内側にタングステン膜が塗布されたダイヤモンド基板を用いて、銀ロー付けによって制限構造体１２１に真空気密接合されている。さらに、制限構造体１２１は、コバール製のターゲットフランジ１２４に銀ロー付けによって真空気密接合されている。制限構造体１２１の開口は、φ２ｍｍであり、その加工精度が＋０．０１５ｍｍ〜０．０ｍｍである。ターゲットフランジ１２４には、位置決め治具１２６を固定するために、直径２ｍｍのねじ穴を形成した。
【００３８】
位置決め治具１２６は、同一軸線上の両端にφ２ｍｍで、その加工精度が−０．００５ｍｍ〜−０．０２ｍｍに形成された一組の突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９を有しており、２つの突起部Ａ１２８及び突起部Ｂ１２９の同軸度が±０．０１ｍｍであった。さらに、位置決め治具１２６は、固定部Ａ１１６として引っ掛けフックが設けられている。位置決め基準部１１５の内径がφ３６ｍｍ、内径の精度が＋０．０１５ｍｍ〜−０．０ｍｍとし、ターゲットフランジ１２４の外径がφ３６ｍｍ、外径の精度が−０．００５ｍｍ〜−０．０２ｍｍとし、良好な再現性を図った。
【００３９】
上記構成において、ターゲットフランジ１２４に位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４を取り付け、位置決め治具１２６が取り付けられたターゲットフランジ１２４を、胴管ユニット１１０に対して胴管フランジＢ１１２側から挿入した。また、電子銃ユニット１００を、胴管ユニット１１０の内部に対して胴管フランジＡ１１１側から挿入した。続いて、位置決め治具１２６の突起部Ａ１２８を、制御電極１０２の開口１０３に嵌合させるとともに、位置決め治具１２６の固定部Ａ１１６と、電子銃ユニット１００の固定部１０１とを嵌合させて固定した。そして、ターゲットフランジ１２４を胴管フランジＢ１１２側に向かって多少引っ張ることで、電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に当接させ固定する。そして、これら電子銃フランジ１０６と胴管フランジＢ１１２とをレーザービーム溶接することで溶接部１０９を形成した。
【００４０】
次に、電子銃ユニット１００から位置決め治具１２６を取り外すとともに、位置決め治具１２６の固定部Ｂ１１４からターゲットユニット１２０を取り外す。その後、再びターゲットユニット１２０を、胴管ユニット１１０の位置決め基準部１１５に沿って挿入し、レーザービーム溶接によって溶接部１１９を形成した。
【００４１】
制限構造体１２１各ユニット１００、１１０、１２０の精度を積算した結果は、０．１１５ｍｍであり、目標とする電子の広がり（１ｍｍ）の１５％、すなわち±０．１５ｍｍ以下を実現し、目標を達成することができた。また、本実施例は、特に高精度な測定を行いながら製造する必要がなく、容易に精密な位置決め精度でＸ線管を製造することができた。最後に、このＸ線管に必要な電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであり、焦点の位置も中心から±０．１２ｍｍ以内であった。また、不要なＸ線の量についても、同一のターゲット電流を用いたときに、作製した複数のＸ線管でばらつきがなく、電子が制限構造体１２１に衝突していなかった。
【００４２】
（比較例）
比較例として、図１に示した位置決め治具１２６を用いずに絶縁体１１３の中心軸を基準としてＸ線管の組み立てを行った。絶縁体１１３の中心軸の軸精度は±０．０２ｍｍであった。電子銃ユニット１００を取り付け後の開口１０３の絶縁体１１３の中心軸に対する精度は０．３mm、一方、ターゲットユニット１２０が真空気密接合された制限構造体１２１の開口１２３の絶縁体１１３の中心軸に対する精度は０．１mmとなった。最終的に開口１０３と開口１２３の同軸精度は０．４２ｍｍとなり、必要とされている±０．１ｍｍの精度が得られなかった。
【００４３】
このＸ線管に必要な電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであったが、焦点の位置も中心から±０．４２ｍｍ程度であった。また、不要なＸ線の量は、本発明の製造方法で製造されたＸ線管に比べ、同一のターゲット電流を用いたときに数倍程度に達し、電子と制限構造体１２１との衝突が推定された。
【００４４】
（第２の実施例）
第２の実施例として、図２に示すように、電子銃ユニット２００が固定される固定部を有していない位置決め治具２２６と、胴管ユニット１１０の外部を基準として電子銃ユニット１００を位置決めして固定する外部固定治具１３０とを用いる変形例を説明する。
【００４５】
まず、第２の実施例に対応する本実施形態の製造方法は、ターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決めするための位置決め基準部１１５が設けられた胴管ユニット１１０を用いる。また、ターゲットユニット１２０に対して着脱可能に設けられた固定部２１４と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部Ａ２２８及び突起部Ｂ２２９と、を有する位置決め治具２２６を用いる。この位置決め治具２２６は、一方の突起部Ａ２２８が制御電極１０２の開口１０３に嵌合され、他方の突起部Ｂ２２９が制限構造体１２１の開口１２３に嵌合される。さらに、位置決め基準部１１５によって位置決めされない電子銃ユニット２００を胴管ユニット１１０に固定するための外部固定治具１３０を用いる。この製造方法は、制御電極１０２の開口１０３の軸と制限構造体１２１の開口１２３の軸とを位置決めする工程を有する。この工程では、位置決め治具２２６の一組の突起部Ａ２２８及び突起部Ｂ２２９を制御電極１０２の開口１０３及び制限構造体１２１の開口１２３にそれぞれ挿入することによって位置決めを行う。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の固定部２１４にターゲットユニット１２０を固定する工程と、を有する。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の固定部２１４に固定されたターゲットユニット１２０を胴管ユニット１１０に対して位置決め基準部１１５によって常に所定の位置に所定の精度内で位置決めする工程を有する。また、この製造方法は、位置決め治具２２６の突起部Ａ２２８が嵌合された電子銃ユニット２００を、外部固定治具１３０によって胴管ユニット１１０に固定する工程と、電子銃ユニット２００と胴管ユニット１１０とを真空気密接合する工程と、を有する。また、この製造方法は、真空気密接合した後、電子銃ユニット２００及びターゲットユニット１２０から位置決め治具２２６を取り外す工程を有する。また、この製造方法は、位置決め基準部１１５によって胴管ユニット１１０の軸線に対してターゲットユニット１２０の軸線を位置決めして胴管ユニット１１０とターゲットユニット１２０とを真空気密接合する工程と、を有する。
【００４６】
そして、上述した第１の実施例と同一のターゲットユニット１２０と、位置決め治具２２６に固定するための固定部を有していない電子銃ユニット２００を用意した。
【００４７】
図２に示すように、位置決め治具２２６の固定部２１４を、ターゲットユニット１２０のターゲットフランジ１２４に固定する。次に、胴管ユニット１１０の内部に、位置決め治具２２６が固定されたターゲットユニット１２０と、電子銃ユニット２００を挿入し、位置決め治具２２６の突起部Ａ２２８を制御電極１０２の開口１０３に嵌合させる。その状態で外部固定治具１３０によって電子銃ユニット２００を胴管フランジＡ１１１にボルト等で固定し、電子銃フランジ１０６を胴管フランジＡ１１１に溶接することで溶接部１０９を形成し、真空気密接合した。
【００４８】
その後の工程は、第１の実施例と同じ工程を行って、Ｘ線管を製造した。最後に、このＸ線管に電源を接続し、Ｘ線を放射させて測定した。その結果、焦点サイズはほぼ目標値１ｍｍであり、焦点の位置も中心から±０．１４ｍｍ以内であった。また、不要なＸ線の量についても、同一のターゲット電流を用いたときに、作製した複数のＸ線管でばらつきがなく、電子が制限構造体１２１に衝突していなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 電子銃ユニット
１０１ 固定部Ａ
１０２ 制御電極
１０３ 開口
１１０ 胴管ユニット
１１１ 胴管フランジＡ
１１２ 胴管フランジＢ
１１３ 絶縁体
１１４ 固定部Ｂ
１１５ 位置決め基準部
１１６ 固定部Ａ
１２０ ターゲットユニット
１２１ 制限構造体
１２２ Ｘ線放射ターゲット
１２３ 開口
１２５ 真空気密接合
１２６ 位置決め治具
１２８ 突起部Ａ
１２９ 突起部Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法において、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた前記胴管ユニットを用いるとともに、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットに対して着脱可能に設けられた一組の固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の前記突起部が前記制御電極の開口に嵌合され、他方の前記突起部が前記制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具を用いて、
前記位置決め治具の一組の前記突起部を前記制御電極の開口及び前記制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、
前記位置決め治具の一組の前記固定部に前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットをそれぞれ固定する工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に固定された前記一方のユニットを前記位置決め基準部によって前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めする工程と、
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと前記胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、
前記真空気密接合した後、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットから前記位置決め治具を取り外す工程と、
前記位置決め基準部によって前記一方のユニットを前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めして前記胴管ユニットと前記一方のユニットとを真空気密接合する工程と、
を有することを特徴とするＸ線管の製造方法。
【請求項２】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法において、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた前記胴管ユニットを用いるとともに、
前記一方のユニットに対して着脱可能に設けられた固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の前記突起部が前記制御電極の開口に嵌合され、他方の前記突起部が前記制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具と、
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットを前記胴管ユニットに固定するための固定治具と、を用いて、
前記位置決め治具の一組の前記突起部を前記制御電極の開口及び前記制限構造体の開口にそれぞれ挿入することによって、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に前記一方のユニットを固定する工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に固定された前記一方のユニットを前記所定の位置に前記所定の精度内で、前記位置決め基準部によって前記胴管ユニットに対して位置決めする工程と、
前記位置決め治具の前記突起部が嵌合された前記他方のユニットを、前記固定治具によって前記胴管ユニットに固定する工程と、
前記他方のユニットと前記胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、
前記真空気密接合した後、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットから前記位置決め治具を取り外す工程と、
前記位置決め基準部によって前記一方のユニットを前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めして前記胴管ユニットと前記一方のユニットとを真空気密接合する工程と、
を有することを特徴とするＸ線管の製造方法。
【請求項３】
前記真空気密接合を溶接によって行う、請求項１または２に記載のＸ線管の製造方法。
【請求項４】
電子を発生させる含浸型カソードを有する前記電子銃ユニットを用いる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸ線管の製造方法。
【請求項５】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備え、
前記胴管ユニットは、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部を有し、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのうち、少なくとも前記一方のユニットは、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めするための位置決め治具に対して着脱可能な固定部を有している、Ｘ線管。
【請求項６】
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと前記胴管ユニットとが溶接されている、請求項５に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記電子銃ユニットは、電子を発生させる含浸型カソードを有する、請求項５または６に記載のＸ線管。
【請求項１】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法において、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた前記胴管ユニットを用いるとともに、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットに対して着脱可能に設けられた一組の固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の前記突起部が前記制御電極の開口に嵌合され、他方の前記突起部が前記制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具を用いて、
前記位置決め治具の一組の前記突起部を前記制御電極の開口及び前記制限構造体の開口にそれぞれ挿入して嵌合することによって、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、
前記位置決め治具の一組の前記固定部に前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットをそれぞれ固定する工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に固定された前記一方のユニットを前記位置決め基準部によって前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めする工程と、
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと前記胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、
前記真空気密接合した後、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットから前記位置決め治具を取り外す工程と、
前記位置決め基準部によって前記一方のユニットを前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めして前記胴管ユニットと前記一方のユニットとを真空気密接合する工程と、
を有することを特徴とするＸ線管の製造方法。
【請求項２】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備えるＸ線管の製造方法において、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部が設けられた前記胴管ユニットを用いるとともに、
前記一方のユニットに対して着脱可能に設けられた固定部と、同一軸線上の両端に設けられた一組の突起部と、を有し、一方の前記突起部が前記制御電極の開口に嵌合され、他方の前記突起部が前記制限構造体の開口に嵌合される位置決め治具と、
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットを前記胴管ユニットに固定するための固定治具と、を用いて、
前記位置決め治具の一組の前記突起部を前記制御電極の開口及び前記制限構造体の開口にそれぞれ挿入することによって、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めする工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に前記一方のユニットを固定する工程と、
前記位置決め治具の前記固定部に固定された前記一方のユニットを前記所定の位置に前記所定の精度内で、前記位置決め基準部によって前記胴管ユニットに対して位置決めする工程と、
前記位置決め治具の前記突起部が嵌合された前記他方のユニットを、前記固定治具によって前記胴管ユニットに固定する工程と、
前記他方のユニットと前記胴管ユニットとを真空気密接合する工程と、
前記真空気密接合した後、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットから前記位置決め治具を取り外す工程と、
前記位置決め基準部によって前記一方のユニットを前記胴管ユニットに対して前記所定の位置に前記所定の精度内で位置決めして前記胴管ユニットと前記一方のユニットとを真空気密接合する工程と、
を有することを特徴とするＸ線管の製造方法。
【請求項３】
前記真空気密接合を溶接によって行う、請求項１または２に記載のＸ線管の製造方法。
【請求項４】
電子を発生させる含浸型カソードを有する前記電子銃ユニットを用いる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸ線管の製造方法。
【請求項５】
電子を発生させその運動を制御する制御電極を有する電子銃ユニットと、Ｘ線を発生させるターゲット及び該ターゲットの直前に配置され前記電子の運動を制限する制限構造体を有するターゲットユニットと、前記電子銃ユニットと前記ターゲットユニットとの間に配置され、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットと組み合わされて真空外囲器を形成する絶縁体を含む胴管ユニットと、を備え、
前記胴管ユニットは、前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのいずれか一方のユニットを所定の位置に所定の精度内で位置決めするための位置決め基準部を有し、
前記電子銃ユニット及び前記ターゲットユニットのうち、少なくとも前記一方のユニットは、前記制御電極の開口軸と前記制限構造体の開口軸とを位置決めするための位置決め治具に対して着脱可能な固定部を有している、Ｘ線管。
【請求項６】
前記位置決め基準部によって位置決めされない他方のユニットと前記胴管ユニットとが溶接されている、請求項５に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記電子銃ユニットは、電子を発生させる含浸型カソードを有する、請求項５または６に記載のＸ線管。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−７９４４９（Ｐ２０１２−７９４４９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１２７８（Ｐ２０１０−２２１２７８）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
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